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无人驾驶双钢轮振动压路机机群运动规划及控制方法研究
| 论文题名： | 无人驾驶双钢轮振动压路机机群运动规划及控制方法研究 |
| 关键词： | 无人驾驶压路机;轨迹跟踪控制器;队形保持;路径规划 |
| 摘要： | 随着无人驾驶技术在传统汽车领域的日益成熟，双钢轮振动压路机作为一种广泛应用于道路施工的高效压实设备，迎来了以信息化、无人化为特征的新一轮产业革命。无人驾驶双钢轮振动压路机通过精确的行走控制，为高质量的无人化压实作业提供了基础，避免了人为因素导致的漏压和过压等压实质量问题。在实际施工过程中，无人驾驶双钢轮振动压路机具有施工工艺复杂、机群协同作业困难和施工质量要求高等特点，令其无人化作业具有一定的难度和挑战。因此，研究基于压实机理与施工工艺的无人驾驶压路机机群运动规划和控制具有十分重要的意义。 首先，本文以“振动压路机—被压实材料”为研究对象，通过Udwadia-Kalaba方程（U-K方程）建立压实过程中双钢轮振动压路机与被压实材料相互耦合的复杂振动动力学模型，得出双钢轮振动压路机振动轮与被压实材料之间动态作用力模型的解析解，并且在此基础上提出了一种最优压实参数的确定方法；其次，基于施工规范、压实工艺与最优化后的压实参数，为待压实区域的压路机机群提出了一种基于领航-跟随结构的机群运动规划策略，并根据压实作业范围、压路机机群配置参数等信息完成跟随压路机编队队形设计，利用S形速度规划方法与多项式换道规划方法完成领航压路机直线压实工况与换道工况运动规划；然后，将压路机机群控制问题分解为领航压路机的轨迹跟踪与跟随压路机的队形保持两个子问题，建立双钢轮振动压路机运动学模型与机群编队运动学模型，利用模型预测控制方法分别设计领航压路机的轨迹跟踪控制器与跟随压路机的队形保持控制器，并通过Matlab数值仿真验证控制算法的正确性与有效性；最后，基于ROS系统搭建了无人驾驶双钢轮振动压路机机群规划和控制系统的验证实验平台，并完成了该系统的方案设计与主要功能模块的软件开发，实验结果表明本文所提出的压路机工作参数优化方法、机群运动规划与机群运动控制方法具有一定可行性。 |
| 作者： | 王杰 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 惠记庄 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长安大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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